JP2013503299A - 補足される海洋熱エネルギー変換（ｓｏｔｅｃ）システムの効率の増加 - Google Patents

Abstract

海洋温度差発電（ＯＴＥＣ）システムの効率を増加させるためのシステム及び方法が説明される。幾つかの例において、システムは、太陽集熱器を用いて熱エネルギーを収集し、太陽集熱器内に位置する海洋水を温め、温められた水を熱機関の気化器のようなＯＴＥＣシステムに提供する。幾つかの例において、ＯＴＥＣシステムは、電気及び他のエネルギーを別のシステムに提供し、エネルギー及び資源の持続可能な経済開発のサイクルをもたらす。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１０年２月１３日に出願されたＦＵＬＬ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＲＥＳＯＵＲＣＥ ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＣＥと題する米国特許仮出願第６１／３０４，４０３号、２０１０年２月１７日に出願されたＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＣＥＬＬ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦと題する米国特許出願第１２／７０７，６５１号、２０１０年２月１７日に出願されたＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＣＥＬＬ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦと題するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９７号、２０１０年２月１７日に出願されたＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＮＵＣＬＥＡＴＩＯＮ ＤＵＲＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＳＩＳと題する米国特許出願第１２／７０７，６５３号、２０１０年２月１７日に出願されたＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＮＵＣＬＥＡＴＩＯＮ ＤＵＲＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＳＩＳと題するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９８号、２０１０年２月１７日に出願されたＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＡＳ ＣＡＰＴＵＲＥ ＤＵＲＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＳＩＳと題する米国特許出願第１２／７０７，６５６号、２０１０年２月１７日に出願されたＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＮＵＣＬＥＡＴＩＯＮ ＤＵＲＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＳＩＳと題するＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／２４４９９号、及び２００９年８月２７日に出願されたＥＬＥＣＴＲＯＬＹＺＥＲ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＩＮＤＥＰＥＮＤＥＮＣＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳと題する米国特許仮出願第６１／２３７，４７６号に基づく優先権及びその利益を主張するものである。これらの出願は、それぞれ、参照によりその全体が組み込まれる。

世界の熱帯海洋は、それらの温かい表面水とそれらの冷たい深層水との間の巨大な熱機関の作動を容易にする。例えば、表面水の典型的な温度は、摂氏２５度から２７度までの間である場合があり、深層水温の典型的な温度は、摂氏４度から６度までの間である場合がある。こうした温度差は、熱機関が作動流体を気化し、及び凝縮し、これが次にタービンを駆動して電気を生産するのを支援する。こうしたシステムは、海洋温度差発電（Ｏｃｅａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（ＯＴＥＣ）プラント又はシステムとしばしば呼ばれる。

残念なことに、低いエネルギー変換効率、より高い作動費用などを含む現在のＯＴＥＣシステムに関連した多くの問題がある。従来のＯＴＥＣプラントに適したほとんどの海洋の場所は、人口の中心からかなり遠い距離にあり、発生させたエネルギーを市場に運ぶのに高価な難しい輸送機構を必要とする。これらの莫大なインフラストラクチャ費用と固有の効率の悪さは、こうした作動を世界の多大なエネルギー需要を満たすために拡大する試の大きな困難を助長する。

上記の問題を克服すると共に付加的な恩恵を提供するシステム及び方法に対する必要性が存在する。全体として、本明細書での幾つかの従来の又は関係するシステム及びそれらの関連する制限の例は、排他的なものではなく例証するものとなることを意図される。以下の詳細な説明を読むと、既存の又は従来のシステムの他の制限が当業者には明らかとなるであろう。

本開示の態様に係る補足される海洋温度差発電システムを例証するブロック図である。 本開示の態様に係る海洋ベースのフルスペクトルシステムを例証するブロック図である。 本開示の態様に係る持続可能な経済開発の統合生産のシステムを例証するブロック図である。 本開示の態様に係る持続可能な経済開発の統合生産の海洋ベースのシステムを例証するブロック図である。 本開示の態様に係る太陽海洋温度差発電システムを例証するブロック図である。 本開示の態様に係る海洋温度差発電システムの効率を増加させるためのルーチンを例証する流れ図である。 本開示の態様に係る区分化された太陽集熱器組立体の端面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る閉じたエアセルを有する太陽集熱器組立体の側面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る断熱スペース内にウェブを有する太陽集熱器の側面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係るリニアレンズを有する区分化された太陽集熱器組立体の端面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る太陽集熱器組立体用の加圧されたガスを生産するための装置を例証する概略図である。 本開示の態様に係る種々の水の流れと共に用いられる太陽集熱器を例証する概略図である。 本開示の態様に係る補足されるＯＴＥＣシステムの上面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る複数の太陽集熱器組立体を有する補足されるＯＴＥＣシステムの上面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る太陽熱エネルギー変換システムの上面図である。 本開示の態様に係る複数の渦巻き組立体によって補足されるＯＴＥＣプラントの上面図９００を例証する概略図である。 本開示の態様に係る太陽集熱艀によって補足されるＯＴＥＣプラントの上面図を例証する概略図である。 本開示の態様に係る熱機関によって用いられる作動流体を直接加熱するように構成される太陽集熱器組立体の側面図１１００を例証する概略図である。 本開示の態様に係る太陽集熱器組立体によって補足される陸上ベースのＯＴＥＣプラントの上面図１２００を例証する概略図である。 本開示の態様に係る地層からの熱によって補足されるＯＴＥＣプラントを例証する概略図である。 本開示の態様に係る地熱エネルギーによって補足されるＯＴＥＣシステムを例証する概略図である。 本開示の態様に係るＯＴＥＣシステムと他のエネルギー発生システムとを統合するためのシステムを例証する概略図である。 本開示の態様に係るＯＴＥＣシステムとメタン放出機構を統合するためのシステムを例証する概略図である。

本出願は、２００４年１１月９日に出願されたＭＵＬＴＩＦＵＥＬ ＳＴＯＲＡＧＥ， ＭＥＴＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ（代理人整理番号６９５４５−８０１３ＵＳ）と題する米国特許仮出願第６０／６２６，０２１号及び２００９年２月１７日に出願されたＦＵＬＬ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＥＮＥＲＧＹ（代理人整理番号６９５４５−８００１ＵＳ）と題する米国特許仮出願第６１／１５３，２５３号の主題のそのすべてを参照により組み込む。本出願はまた、以下の米国特許出願、すなわち、２０１０年８月１６日に本出願と同時に出願されたＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＯＦ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＯＦ ＦＬＵＩＤ ＣＯＮＶＥＹＡＮＣＥ ＳＹＳＴＥＭＳ（代理人整理番号６９５４５−８００３ＵＳ）、ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥ ＣＯＳＴ ＭＯＤＥＬＩＮＧ ＯＦ ＡＵＴＯＧＥＮＯＵＳ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳＥＳ ＦＯＲ ＴＨＥ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ， ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＮＵＴＲＩＥＮＴ ＲＥＧＩＭＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０２５ＵＳ）、ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＣＥＬＬ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦ（代理人整理番号６９５４５−８０２６ＵＳ）、ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ ＥＣＯＮＯＭＩＣ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＴＨＲＯＵＧＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＲＥＮＥＷＡＢＬＥ ＥＮＥＲＧＹ， ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ， ＡＮＤ ＮＵＴＲＩＥＮＴ ＲＥＧＩＭＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０４０ＵＳ）、ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ ＥＣＯＮＯＭＩＣ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＴＨＲＯＵＧＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＦＵＬＬ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＲＥＮＥＷＡＢＬＥ ＥＮＥＲＧＹ （代理人整理番号６９５４５−８０４１ＵＳ）、ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ ＥＣＯＮＯＭＩＣ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＴＨＲＯＵＧＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＦＵＬＬ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＲＥＮＥＷＡＢＬＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ（代理人整理番号６９５４５−８０４２ＵＳ）、ＧＡＳ ＨＹＤＲＡＴＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＨＡＲＶＥＳＴＩＮＧ ＨＹＤＲＯＣＡＲＢＯＮ ＨＹＤＲＡＴＥ ＤＥＰＯＳＩＴＳ（代理人整理番号６９５４５−８０４５ＵＳ）、ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＳＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ／ＯＲ ＦＩＬＴＥＲＩＮＧ Ａ ＳＵＢＳＴＡＮＣＥ（代理人整理番号６９５４５−８０４６ＵＳ）、ＥＮＥＲＧＹ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＤＷＥＬＬＩＮＧ ＳＵＰＰＯＲＴ（代理人整理番号６９５４５−８０４７ＵＳ）、ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＥ ＡＮＤ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥ（代理人整理番号６９５４５−８０４８ＵＳ）、及びＩＮＴＥＲＮＡＬＬＹ ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ（６９５４５−８０４９ＵＳ）の各々の主題のそれらの全体を参照により本明細書に組み込む。

概要
補足される海洋温度差発電（ＳＯＴＥＣ）システムが説明される。幾つかの実施形態において、システムは、気化器に提供される水のような熱機関に提供される海洋水を温めるように構成される太陽集熱器を含む。温められた水は、とりわけ、気化器が作動流体を気化し、タービンを推進させて、電気を発生させることを可能にする。太陽集熱器を用いて、システムは、海洋の表面からの水を海洋の表面の水よりも高い温度である熱機関に提供する。これは、気化器に提供される水と熱機関のコンデンサに提供される海洋のより低い領域からの水との間の増加した温度差の増加を引き起こし、これにより、とりわけ、熱エネルギー変換システムの効率を増加させる。したがって、システムは、幾つかの実施形態において、電気、水素などを生産するために太陽エネルギー及び他の形態のエネルギーを利用することによって、持続可能な経済開発のための手頃な信頼できるエネルギーを提供する。

幾つかの実施形態において、システムは、種々のエネルギー源と発電システムとの間のエネルギー交換機構として、作動流体のようなＯＴＥＣシステムの種々の構成要素を使用してもよい。補足されるＯＴＥＣシステムの他のシステムとの統合は、種々のエネルギー源がＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させることを可能にし、且つ、次にＯＴＥＣシステムが種々の発電システムの生産効率を増加させることを可能にする。システムは、したがって、とりわけ、世界の海洋において見つかる資源の持続可能な経済的恩恵を実現する可能性がある。

幾つかの実施形態において、ＳＯＴＥＣシステムは、以下の恩恵を提供する。
・現在の化石燃料への依存を克服することができる、持続可能なエネルギー変換システムの構築のための、潜在的に豊富なポリマー物質の屑構成要素の組み入れ。
・現在の化石燃料への依存を克服することができる、持続可能なエネルギー変換システムの構築のための、潜在的に豊富な非常に耐久性のある材料の利用。
・海岸の人口の中心に近い場所でのＯＴＥＣプラントの経済的作動の提供
・従来のＯＴＥＣプラントで用いられるポンピング及び／又は他の補助動力要件の減少。
・海洋水の蒸発冷却の防止。
・海洋水の広い領域の蒸発を防ぐために自己剛性付与（ｓｅｌｆ−ｒｉｇｉｄｉｚｉｎｇ）構造を提供すること。
・太陽集熱器を用いて海洋水の温度を増加させることによってＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させること。
・太陽エネルギーからの熱の追加を提供することによって海洋水又は別の作動流体の温度を増加させることによるＯＴＥＣシステムの作動効率の増加。
・別の熱機関からの熱の追加を提供することによって海洋水又は別の作動流体の温度を増加させることによるＯＴＥＣシステムの作動効率の増加。
・電気化学プロセスからの熱の追加することによって海洋水又は別の作動流体の温度を増加させることによるＯＴＥＣシステムの作動効率の増加。
・ＯＴＥＣ作動から再生可能な燃料を提供し、大陸の至る所にある従来のパイプライン網によって燃料を分配すること。
・ＯＴＥＣ作動から再生可能な燃料を提供し、枯渇した天然ガス貯留層及び石油貯留層の中に燃料を貯蔵し、大陸の至る所にある従来のパイプライン網によって燃料を分配すること。
・太陽エネルギーを捕えるための薄膜及びガス断熱組立体の利用。
・海洋温度差発電技術システム内の水の蒸発冷却を減少させるための障壁層の利用。
・ＯＴＥＣ用途におけるあらゆる熱サイクルに従って作動する熱機関の全体的効率の改善。
・海洋温度差発電技術システム内の水の対流冷却を減少させるための障壁層の利用。
・太陽エネルギーを捕え、且つこうした太陽エネルギーを受け取る熱機関の作動流体のエネルギー含有量を増加させるための薄膜及びガス断熱組立体の利用。
・海洋熱エネルギー技術システムの効率を改善するために表面付近の水の温度を増加させること。
・海洋熱エネルギー技術システムの投資収益率を改善するために海洋表面付近の水の温度を増加させること。
・エネルギー変換プロセスで用いられる作動流体に熱を供給してそのエネルギー変換ポテンシャルを増加させるための内燃機関の利用。
・エネルギー変換プロセスで用いられるガスに熱を供給してそのエネルギー変換ポテンシャルを増加させるための燃焼の利用。
・海洋温度差発電プロセスで使用される作動流体に熱を供給してその運動エネルギーを増加させるための外燃機関の利用。
・高品質の電気の生産中の多数の低コストエネルギー源の統合。
・高品質の水素の生産のための多数の低コストエネルギー源の統合。
・貯蔵されるエネルギーの迅速な生産の提供
・既存のパイプライン及び新しいパイプラインにおける天然ガスと交換可能な発送のためのパイプライン品質の水素の生産
・既存のパイプライン及び新しいパイプラインにおける天然ガスと交換可能な発送のためのパイプライン品質のメタンの生産。
・エネルギー変換プロセスから経済開発の恩恵及び環境保護の恩恵をもたらす及び生み出すこと。
・再生的システムとしての電解槽の作動。
・圧力の発達を強化するためにガス化される前駆体材料を圧縮することによる燃料送達の加圧。
・電気分解による物質の加圧。
・電気分解によって生じるエネルギーによる燃料送達の加圧。
・エネルギー変換体系における熱化学プロセスの提供。
・太陽エネルギー及び／又は他のエネルギー資源の、水素及び／又は電気への、堅牢な、フェールセーフの、及び低コストの変換の提供。
・電気生産システム及び水素生産システムにおける遍在するピストン及びタービンエンジンの利用。
・回転電気機器からの熱を伝達するための水素の利用。
・炭化水素のエミッションを克服するための水素の利用。
・熱機関からの窒素化合物のエミッションを克服するための水素の利用。
・熱機関からの微粒子のエミッションを克服するための水素の利用。
・炭素化合物のエミッションを克服するための水素の利用。
・他の有用性及び恩恵の中でも、ハイブリッド用途及び分配されるエネルギー用途における発電機効率を改善するための水素の利用。

システムの種々の実施形態がここで説明されるであろう。以下の説明は、これらの実施形態の十分な理解のための及び説明を可能にするための具体的な詳細を提供する。しかしながら、システムがこれらの詳細の多くを伴わずに実施されてもよいことを当業者は理解するであろう。加えて、幾つかの周知の構造又は機能は、種々の実施形態の該当する説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために詳細には示され又は説明されない場合がある。

以下で提示される説明で用いられる用語は、システムの或る具体的な実施形態の詳細な説明と組み合わせて用いられていても、その最も広い妥当な様式で解釈されることを意図される。或る用語は、以下で強調される場合もあるが、任意の制約された様式で解釈されることを意図された任意の用語は、この詳細な説明のセクションで明白に及び具体的に定義されるであろう。

補足される海洋温度差発電（ＳＯＴＥＣ）システム
図１Ａは、補足される海洋温度差発電（ＳＯＴＥＣ）システム１００を例証するブロック図である。ＳＯＴＥＣシステム１００は、ＯＴＥＣシステム又はプラント１１０と、太陽エネルギー、熱、資源、他の形態の再生可能エネルギーなどの補足のような補足１０２とを含む。

次に、ＯＴＥＣシステムは、エネルギー、資源、及び他の恩恵を種々の補足源に提供してもよい。例えば、ＯＴＥＣシステムは、電気を電解槽に提供してもよく、又は、アンモニアを燃料貯蔵センターに提供してもよい。したがって、システムは、とりわけ、資源の持続可能な経済開発を容易にするエネルギー及び資源の循環経路を提供してもよい。

ＯＴＥＣシステム１１０は、熱機関構成要素、水上輸送構成要素などのような電気及び他の資源を発生させるのに用いられる種々の構成要素を含む。種々の異なる形態及び構成の補足１０２が本明細書で解説されることとなり、とりわけ、ＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させるために、ＯＴＥＣシステム１１０にエネルギーを提供する。

幾つかの実施形態において、システムは、水素、炭素、及び他の資源の持続可能な生産を可能にする。幾つかの実施形態において、システムは、資源の持続可能な生産中の及びその結果としてのエネルギーを利用する。幾つかの実施形態において、システムは、システムに投入される再生可能エネルギーを精製し、したがって、供給原料、資源、及びシステム内の他の物質への経済的乗数効果を達成することによって、持続可能な経済開発を提供する。したがって、システムは、世界の海洋及び他の水ベースの領域で用いられるフルスペクトルシステムである。

より詳細には、図１Ｂは、再生可能エネルギーの生産及び材料資源の抽出のためのフルスペクトル・エネルギー・パーク１１９と、再生可能な栄養分（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ｒｅｇｉｍｅｓ）（ヒト、動物、及び植物の栄養）及びエネルギー供給原料（バイオマス、バイオ廃棄物、及びバイオ燃料）の生産のためのフルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１と、持続可能な材料資源の生産とゼロエミッション製造のためのフルスペクトル工業パーク１２３とを含む、３つの相互に関係付けられるシステムからなるフルスペクトル統合生産システム１１３を示す。

図１Ｂは、エネルギー、材料、及び情報をそれらのシステム間で交換できるようにする、システム１１９、１２１、及び１２３の統合としてのシステム１１３を示す。システム１１３の統合、特にシステム１１９内の方法は、有益な生産能力及び生産効率の増加を達成できる非常に大きい熱機関として効果的に機能するように熱的に結合されて熱力学的全体システムを形成する、複数の相互に関係付けられる熱機関の熱力学的特性を使用する。システム１１３内で、システム１１９は、特に、太陽熱、地熱、海洋熱、及びエンジン熱源間での相乗的なリンクを達成することを担い（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ）、特定のサイト位置の利用可能な再生可能エネルギーの総出力を増加させ、且つエネルギーと抽出された材料資源をシステム１２１及び１２３に提供するようにする。

フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９は、単一の大きい熱機関として効果的に機能するために熱的に結合され、そのシステムとサブシステムは、２段階以上の段階で加熱される作動流体を用いてエネルギー・カスケードを確立するために相互に関係付けられる。システム１１９の利用可能な再生可能エネルギーの総出力は、作動流体の熱力学的特性（温度、圧力、純度、位相シフト、及びエネルギー変換効率など）を最適化するカスケード効果を達成するために、作動流体を太陽、地質、エンジン、及び他の熱源の間で系統立てて動かすことによって増加される。１つの段階のエネルギー出力は、作動の増加した効率及び経済性を伴って再生的又は自発的様式で作動するように別の段階の重要なプロセスにおいて再使用（ｒｅ−ｉｎｖｅｓｔｅｄ）される。

フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９の機能は、再生エネルギー源の任意の１つの単独での収穫、変換、及び貯蔵によって達成することができない集合する及び相乗的な恩恵をもたらすためにシステム間の自発的又は再生的なエネルギー・カスケードを確立するように、太陽、風、流水、地熱、バイオマス、及び内燃機関のような再生可能エネルギー源間での運動エネルギー、熱エネルギー、及び放射エネルギー形態の収穫、変換、及び貯蔵を含む。自発的又は再生的なエネルギー方法がシステム１１９、１２１、及び１２３で実施される。さらに、システム１１９は、システム１２１及び１２３で用いられる多数の化学（ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）の材料資源の抽出に向けられる。例えば、システム１２３でのその後の耐久性のある物品の製造生産のための原材料として炭素を抽出する（抽出は、システム１１９、１２１、及び１２３で行うことができる）手段として熱化学再生が用いられる。別の例において、熱化学再生はまた、システム１２１で用いられる植物肥料のその後の製造生産のための窒素及び微量ミネラルを抽出する手段として用いることができる。さらに、システム１１９は、バイオ廃棄物、バイオマス、及びバイオ燃料の変換、典型的には、電力発電及び／又は輸送のための内燃機関及び／又は燃料電池用の燃料としてシステム１１９、１２１、及び１２３での要望に応じたバイオメタンガス及び／又は水素ガスの貯蔵、輸送、及び使用を達成することに向けられる。

太陽熱、地熱、海洋熱、及びエンジン熱源の取り扱いは、種々の気候地域の場所でのシステム１１３の据え付け、及び陸上ベースと海洋ベースとの両方での据え付けのための非常に適応的な統合プラットフォームを提供する。増加した場所適応性のための工学技術は、これにより、再生可能エネルギーの収穫の全体的な利用可能性を大いに増加させ、したがって、地方経済、地区経済、国家経済、及び世界経済のための経済的に実行可能な解決策を提供する。

システム１２１での食物生産は、陸上サイトと海洋サイトとの両方に据え付けることができる。収穫物農場、畜産場、牧場、豚及び鶏の工業生産設備、淡水漁業、大洋漁業、酪農場などは、システム１１９で生産されるエネルギーの消費者としてシステム１１９にリンクすることができるが、転じて廃棄副産物を生じ、これは再生可能エネルギーと再生可能な材料資源に変換するためのシステム１１９に方向転換（ｄｉｖｅｒｔｅｄ）される。さらに、システム１２１は、光合成ベースのエネルギー収穫の実行可能性を増加させるために、藻類、スイッチグラス、及び他の収穫物のようなこうしたバイオ燃料収穫物のためのエネルギー供給原料の生産の増加に向けられる。生産システム１１９、１２１、及び１２３の各々において水の生産、精製、及び保存のための方法及び装置が用いられる。しかしながら、食物生産における大量の水に対する要件を満たし、且つ従来の食物生産慣行による廃棄物及び水の汚れに起因する持続不可能性（ｕｎｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ）の記述された問題を克服するために、これらはシステム１２１の重要な構成要素である。

システム統合は、天然資源の枯渇を回避し、且つ汚染及び生産の副産物としての有毒なエミッションのような破壊的な環境への影響を低減し又は無くすために、再生可能な方法を用いるエネルギー、材料資源、及び栄養分の生産の増加として定義される「持続可能性」のための能力を増加させる。持続可能性は、現在の消費者の当面の短期の恩恵だけでなく将来の発電の長期の安寧（ｗｅｌｌｂｅｉｎｇ）のために実行可能な、エネルギー、材料、及び食品の生産方法を必要とする。

システム統合は、様々な気候地域への大いに改善された適応性（すなわち、温帯気候、熱帯気候、及び寒帯気候の多様な資源特徴に順応することにより、再生可能エネルギーを適応して収穫すること）によって多くの集合的な据え付けサイトを再現し、且つ利用可能なサイト位置の数を増加させる能力によって達成される、エネルギー、材料、及び食品の生産の顕著な増加として定義される「経済的なスケーラビリティ」のための生産能力の増加を可能にする。こうした経済的なスケーラビリティは、人口増加と、途上国の迅速に増加するエネルギー要件を支えるために、地球の持っている能力を増加させることを必要とする。使用の成功のために、こうした生産方法及び場所は、直ちに使用可能でなければならず、従来の化石燃料源及び／又は核エネルギー源を用いることと比べた場合のエネルギー、材料、及び食物生産の現在の生産手段への経済的に実行可能な代替法を提示しなければならない。

システム統合は、ゼロ−エミッション及びゼロ−廃棄物のエネルギー生産２００、材料生産１２３、及び食物生産１２１方法をさらに可能にし、そうでなければ焼却される、埋立地に埋め立てられる、又は帯水層、河川、海洋に投棄される、若しくは汚染物質として大気中に放出されるであろうシステム１２１において生じる有機廃棄物が、代わりにシステム１１９で見られるようにバイオマス、バイオ廃棄物、及びバイオ燃料変換システムに系統立てて引き込まれ、システム１１９におけるエネルギーと材料資源の抽出が、耐久性のある物品の生産のためのシステム１２３に渡され、システム１１９におけるエネルギーと材料資源の抽出はまた、ヒト、陸上及び海洋の動物、及び植物のための栄養分の生産のためのシステム１２１に渡される。

システム統合は、これらの相互に依存する全体として機能するような状態でエネルギー生産を食物生産及び材料資源生産と意図的にリンクする単一の経済的な生産ユニットを確立する。

フルスペクトル統合生産システムは、したがって、現存の比較できる再生可能エネルギーのインフラストラクチャがない場所又は共同体、又は製造能力が不十分であり且つ失業が当たり前である場所、若しくは食物生産が不十分であり且つ貧困と栄養失調が当たり前である場所における据え付けに適している。この統一された経済的生産方法を導入する目的は、ＧＤＰに付随する増加した生活の質を伴う国内総生産（ＧＤＰ）の増加と、有意義な雇用に付随する改善された生活の質を伴う系統的な雇用創出を可能にすることである。

そのうえ、システム統合は、それらが相互に依存する全体として機能して汚染及び環境の劣化につながる焼却、埋立て、及び投棄の従来の廃棄物慣行に割り込むように廃棄物管理をエネルギー変換慣行と意図的にリンクする単一の経済的な生産ユニットを確立する。

フルスペクトル統合生産システムは、システム全体にわたる統合慣行としての持続可能な廃棄物からエネルギーへの変換の使用を導入する。この統合システムの目的は、自然環境を保護し、有限の天然資源を保全し、伝染病を減らし、陸、水、及び空気の汚染を減らすこと（メタン及びＣＯ２のような気候変動を引き起こす温室効果ガスの減少を含む）である。

フルスペクトル統合生産システム１１３は、自然生態系を模擬するヒト−システム生産環境における「産業エコロジー」を達成する手段を提供し、この場合、システムと廃棄物との間のエネルギーと材料の流れは、閉ループの様式での新しいプロセスに対する入力となり、それでもなおシステム全体は、太陽（太陽熱）、地球（地熱）、海洋（海洋熱）、及びバイオマス変換（エンジン熱）システムによって提供される再生可能な持続可能なエネルギーに対して開かれている。

図１Ｃは、海洋ベースのフルスペクトルシステム１１３の構成要素を例証するブロック図である。フルスペクトルシステム１１３は、再生可能エネルギーの生産のためのエネルギー・パーク１１９を含む。幾つかの場合において、エネルギー・パークはＯＴＥＣシステムである。幾つかの場合において、エネルギー・パークは、太陽エネルギー源、風力エネルギー源、波エネルギー源、地熱エネルギー源、エンジン、バイオ燃料源などのような再生可能エネルギー源を含む。

フルスペクトルシステムはまた、再生可能な材料資源の生産のための工業パーク１２３を含む。幾つかの場合において、工業パークは、炭素、水素、メタンなどのような種々の資源を発生させてもよい。フルスペクトルシステムはまた、持続可能な農業、漁業、及び牧畜のような再生可能な栄養分の生産のための農業関連産業ネットワーク１２１を含む。

より詳細には、図１Ｃは、栄養分（例えば、ヒト、動物、又は植物の栄養のための生成物）の生産及び材料資源（例えば、水素及び炭素）の生産と同時にエネルギー（例えば、電気及び燃料）の生産を含む、持続可能な経済開発のフルスペクトル統合生産システム１１３を例証するブロック図である。システム１１３は、各サブシステムの幾らかの又はすべてのエネルギー、物質、及び／又は副産物を取り込み及び再使用する自発的にカスケードするエネルギー変換の適応制御を伴う統合された及び相互に依存するサブシステムからなる。したがって、システム１１３の継続的な作動は、外部エネルギー又は材料資源の最小限の導入で又は導入なしに持続される。システム１１３は、とりわけ、従来の技術を用いて達成可能であるよりも多くのエネルギー、食品、及び材料資源の生産である、再生可能エネルギー、食品の生産、及び材料資源の生産の利用のような、持続可能な経済開発を容易にする産業エコロジーの例である。

フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９は、再生可能なソース２１０（例えば、太陽、風、流水、地熱、排熱）からエネルギーを取り込む方法を、再生可能な供給原料１３１（例えば、バイオ廃棄物１４５、バイオマス１４３）からエネルギーを生産する方法及び材料資源（例えば、水素１３３、水素１３５、他の材料資源、例えば微量ミネラル１３７、純水１３９）を生産する方法と協働させる。エネルギーは、エネルギーの生産における乗数効果を生じる自発的にカスケードするエネルギー変換の適応制御方法を用いて、貯蔵され、取り出され、及び輸送される。エネルギー収穫及び生産プロセス中に、材料資源（例えば、水素及び炭素）は、再生可能エネルギーの生産に用いられるバイオ廃棄物及びバイオマス供給原料から抽出される。フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９は、エネルギー、材料資源、及び栄養分の生産における効率の改善を達成するために、前記エネルギー及び前記資源を貯蔵し、取り出し、輸送し、監視し、及び制御する。

生産されるエネルギー２１０、２２０のうちの幾らかは、フルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１に提供される。生産されるエネルギー２１０、２２０のうちの幾らかは、フルスペクトル工業パーク１２３に提供される。生産されるエネルギー２１０、２２０のうちの幾らかは、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９において再使用される。生産されるエネルギー２０１、２２０のうちの幾らかは、外部受容者に提供され、及び／又は米国送電網及び／又は米国ガスパイプラインに加えられる。

フルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１は、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９によって生産される再生可能エネルギーを受け入れて、農業、家畜業、及び漁業サブシステムの機能に動力を与える。これは、農機具、車両、ボート、及び船のための再生可能な燃料、と、照明設備、熱設備、機械設備などのための電気とを含む。

フルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１は、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９によって生産される他の材料資源（例えば、微量ミネラル１３７）及び純水１３９のような材料資源及び副産物を受け入れて、農業、家畜業、及び漁業サブシステムにおける栄養分を富化し、且つ植物収穫物１４９及び動物収穫物１５１の生産における増加した効率を生じる。

フルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１は、エネルギー供給原料を収穫し、且つこれを再生可能エネルギーの生産に用いるためにフルスペクトル・エネルギー・パーク１１９に供給する。適切な供給原料は、バイオマス１４３（例えば、刈り取った収穫物（ｃｒｏｐ ｓｌａｓｈ））、バイオ廃棄物１４５（例えば、汚水、農業廃水、食肉加工廃棄物、漁場からの廃水）、バイオ燃料ストック１４７（例えば、藻類、スイッチグラス）などを含む。

フルスペクトル工業パーク１２３は、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９によって生産される再生可能エネルギーを再利用（ｒｕｓｅｓ）して、持続可能な材料資源の生産及びゼロ−エミッション製造の機能に動力を与える。これは、内燃機関（例えば、定置機関、車両）のための再生可能な燃料と、照明設備、熱設備、機械設備などのための電気とを含む。

フルスペクトル工業パーク１２３は、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９から受け入れた材料資源１３３、１３５及び副産物１３７を使って、付加的な材料資源（例えば、デザイナーカーボン（ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｃａｒｂｏｎ）１５７、及び工業用ダイヤモンド１５９）を生産する。

フルスペクトル工業パーク１２３は、フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９から受け入れた材料資源及び副産物を用いて、太陽熱デバイス１５５、風力タービン１５５、水力タービン１５５、電解槽１５５、内燃機関及び発電機１５５、自動車、船、及びトラックの部品１６１、半導体１６３、ナノテクノロジー１６５、農機具及び漁具１６７などを含む、炭素ベースのグリーンエネルギーマシン１５５のような製品を製造する。

フルスペクトル工業パーク１２３は、これらの製品及び副産物のうちの幾つか又はすべてをフルスペクトル・エネルギー・パーク１１９及びフルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１に提供する。

フルスペクトル・エネルギー・パーク１１９は、フルスペクトル工業パーク１２３によって生産され及び提供される太陽熱デバイス１５５、風力タービン１５５、水力タービン１５５、電解槽１５５、内燃機関及び発電機１５５などを用いて、再生可能エネルギーを生産する。

フルスペクトル農業関連産業ネットワーク１２１は、フルスペクトル工業パーク１２３によって生産され及び提供される内燃機関及び発電機１５５、農機具及び漁具１６７、並びに他のデバイスを用いて栄養分を生産する。

フルスペクトル統合生産システム１１３によって生産されるエネルギーは、再生可能エネルギーのさらなる生産を駆動するためにエネルギーの再使用を含むすべてのサブシステムに対する動力を提供する。同時に、システム１１３内で生産される幾つかの又はすべての生成物及び副産物は、すべてのサブシステムの機能で使われる。同時に、システム１１３によって生産される廃棄物は、すべてのサブシステムの機能のための供給原料として取り込まれ及び用いられる。統合された及び相互に依存するサブシステムは、自発的にカスケードするエネルギー変換及び材料資源の自発的な再生を管理するために適応制御を用いる。したがって、システムは、再生可能エネルギー、持続可能な材料資源、及び他の副産物をサブシステム（エネルギー・パーク、農業関連産業ネットワーク、工業パーク）の異なるソース及びプロセスに絶えず再使用する。このように、システム１１３は、システム内の種々の資源から、従来の手段で達成可能であるよりも大量の供給されるエネルギー及び資源を利用する。この工業共生は、とりわけ、システム内の再生可能な供給原料及び副産物源から収穫された種々の資源及びエネルギーの量に対して乗数効果を生じ、価値を付加し、費用を低下させ、及び環境を改善する。

図１Ｄは、海洋ベースのシステムに対する種々の例示的な機能性ゾーンを示すフルスペクトル統合生産システム１１３の略図である。示されるシステムは、カスケードするエネルギー変換並びに材料資源の自発的な再生及び栄養分の生産の適応制御を伴う陸又は海洋上の統合生産システムを含む。システムは、エネルギー、材料資源、及び栄養分の生産における効率の改善を達成するために、再生可能なソースからエネルギーを収穫し及び／又は発生させ、且つエネルギー及び材料資源を貯蔵し、取り出し、輸送し、監視し、及び制御する再生可能な供給原料から材料資源を収穫する目的で、機能性ゾーンを含む。以下の表１は、例証となる機能性ゾーンと関連付けられる例示的な出力、システム、及び手段に対して展開する。

幾つかの実施形態において、補足１０２は、熱を発生させ、及び太陽エネルギーから取り込まれた熱をＯＴＥＣプラント１１０に提供することができる組立体である。図１Ｅは、補足１０２として太陽エネルギーを用いる補足される海洋温度差発電システムを例証するブロック図１０５である。

ＯＴＥＣプラント１１０は、気化器１１１、コンデンサ１１２、タービン１１３、作動流体１３０を収容し且つ他の構成要素に／から輸送する導管１１４、１１５、１１６、及び作動流体をコンデンサから気化器に移動させる随意的なポンプ１１７を含む。ＯＴＥＣプラント１１０はまた、海洋表面からの比較的温かい水１４５を気化器１１１の中に輸送する表面水入口管１４０と、海洋の深層からの比較的冷たい水１５５をコンデンサ１１２の中に輸送する深層水入口管１５０とを含む。

表面水入口管１４０に太陽集熱器１２０が結合される。太陽集熱器１２０は、表面水１４５を受け入れ、表面水をより高い温度に温め、より温かい水１４７をＯＴＥＣシステム１１０の気化器１１１に提供する。したがって、太陽集熱器を用いて温められた水を補足されているＯＴＥＣシステム１１０は、とりわけ、補足されない従来のＯＴＥＣシステムに対して増加した効率で作動する。

図２は、海洋温度差発電システムの効率を増加させるためのプロセス２００を例証する流れ図である。ステップ２１０において、太陽集熱器は、海洋の表面からの水を受け入れる。ステップ２２０において、太陽集熱器は、受け入れた水を温める。ステップ２３０において、太陽集熱器は、温められた水をＯＴＥＣシステムに提供する。例えば、太陽集熱器は、温められた水をＯＴＥＣシステム内の熱機関の一部として作動する気化器に提供する。

典型的なＯＴＥＣシステムにおいて、所与の表面水温度２５〜２７℃及び深層水温度約５℃の作動に対するカルノー効率限界は約６．７％である。熱機関のタイプ及び／又は選択される熱サイクルに関係なく、ＯＴＥＣシステムへの補足は全体的効率を改善することができる。幾つかの場合において、補足は、アンモニアの作動流体、ハロゲン化炭化水素、プロパン及び／又は炭化水素混合物によるランキンサイクルで作動するＯＴＥＣシステムの効率を改善することができる。幾つかの場合において、補足は、水蒸気が温かい表面条件から真空にフラッシュされ、膨張装置で膨張されて、海洋の深層からの冷水との熱交換によって凝縮される前に仕事を生じる「クロード」型の作動を有するＯＴＥＣシステムの効率を改善することができる。幾つかの場合において、補足は、２段階ミスト・リフト・システムのようなミスト・リフト・システムを用いてＯＴＥＣシステムの効率を改善することができる。

太陽集熱器組立体
本明細書で解説されるように、幾つかの実施形態において、システムは、太陽集熱器組立体を使用して、海洋表面水をＯＴＥＣプラントに提供する前に水を加熱するために、太陽エネルギーを捕える又は取り込む。図３は、区分化された太陽集熱器組立体３００の端面図３００を例証する概略図である。組立体３００は、断熱空気スペース３１５を有する上区域３１０を形成する上壁３１１、側壁３１３、及び下壁３１２と、断熱空気スペース３３５を有する下区域３３０を形成する上壁３３１、側壁３３３、及び下壁３３２とを含む、ポリマーウェブベースの壁を含む。比較的薄いポリマー壁及び／又は壁によって形成されるスペースが太陽エネルギー捕える。捕えられた太陽エネルギーは、壁３１２、３３１、及び３１４によって形成されるサブチャネル３２５の中のチャネル３２０によって収容される水を加熱する。捕えられた太陽エネルギーはまた、チャネル３２０によって収容される水の蒸発冷却を防ぐ。チャネル３２０は、組立体３００が海洋からの水を受け入れ、水を組立体内に貯蔵し、水を組立体内で加熱し、水を海洋温度差発電システムの一部である熱機関のような目的地に輸送できるようにする。

太陽集熱器組立体３００は、種々の壁によって形成される断熱空気スペース（単数又は複数）を備えた一体の組立体として、シート素材の大きなロールを用いて溶接により製作され、又は押出し成形され、及び／又は押出しブロー成形されてもよい。現在のポリマー技術は、強い、ガス及び水分透過性の低い、低コストの、且つ「プラスチック包装（ｂｕｂｂｌｅ ｐａｃｋ）」及び他のタイプのパッケージの大量生産のような用途に合わせることができる薄膜を提供する。

幾つかの場合において、太陽集熱器組立体３００は、太陽から受け取ったフルスペクトル（すなわちすべての波長）のエネルギーをチャネル３２５内に貯蔵された又はチャネル３２５によって輸送される水に伝達するのに用いられる「透明な」又は比較的透過性の壁を製造するのにこうした材料を使用してもよい。幾つかの場合において、太陽集熱器組立体３００は、壁３１１、３１２に透明な又は透過性の材料を使用し、壁３３２、３１４のような他の壁に暗い又は不透明の材料（例えば、炭素微結晶）を使用してもよい。不透明な壁を製造する際の種々の材料の使用に関するさらなる詳細は、参照され上記に組み込まれる関連する同時係属出願で見出される場合がある。異なる光透過特性及び特徴を有する材料の選択的使用は、組立体３００がチャネル３１５を通過する水を３０〜４５℃の温度のような高い温度に伝導により及び／又は放射により加熱することを可能にする。もちろん、水の速度、周囲風速冷却（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｎｄ ｃｈｉｌｌ）、海流、利用可能な太陽エネルギー（日照）などのような他の因子が、実現される温度に寄与する可能性がある。

こうした温度で水を温める及び提供することにより、上記で説明されたようにＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させることができる。例えば、４〜６℃の深層水温度での排熱を伴う適切な熱力学サイクルを用いて、３５℃の温度で海洋水を提供することにより、カルノー効率限界が６．７％から約９．７％に改善され、海洋水を４５℃に加熱することにより、カルノー効率限界が約１２．６％に改善される。

しかしながら、実際のＯＴＥＣシステムは、望ましくない温度低下、風及び摩擦に起因する機器の損失、並びにポンプ及び他の補助構成要素を駆動するのに出力エネルギーの一部を用いる固有の要件を有する。これらの因子は、表面海洋水を２５〜２７℃で使用するＯＴＥＣシステムの実際の熱効率を約３％に概して低下させる。しかしながら、太陽集熱器３００のような太陽集熱器を用いて表面水の温度を３５℃に高めることにより、実効効率が３％から６％に増加し、太陽集熱器を用いて表面水の温度を４５℃に高めることにより、実効効率を約９％に、又は従来のＯＴＥＣ発電所の実効効率の３倍に増加させることができる。こうした効率の改善は、再生可能エネルギーのはるかに低い生産コスト及び他の恩恵と共に、ＯＴＥＣプラントの初期費用のより早い回収を実現する。

幾つかの場合において、太陽集熱器組立体３００は、「プラスチック包装」組立体のエアセルと類似したエアセルを備えるポリマーフィルムを用いて製作される。幾つかの場合において、太陽集熱器組立体３００は、ペレットのような透明なポリマー供給原料を壁３１１、３１２に変えるために押出機によって供給される押出しダイ圧力を用いて艀又は船から押出され、一方、別の押出機が、供給原料を壁３１４、３３１、３３２に変えるために黒色のポリマー供給原料を送達する。こうした製作技術は、ＯＴＥＣプラントによって必要とされる特定のエネルギーレベルの収集のために必要な大きな太陽集熱器の長さ（例えば１〜１０ミル）又は他の特定の長さを容易にする。

図４は、閉じたエアセルを有する太陽集熱器組立体の側面図４００を例証する概略図である。太陽集熱器組立体は、チャネル３２０と、断熱スペース３１０及び３３０とを含む。断熱スペース上に閉じ部（ｃｌｏｓｕｒｅｓ）又は凹部４１０及び４２０が形成される。例えば、壁を変形し及び互いに溶接することにより、水に浮かぶ凹部及びパネル組立体がもたらされる。凹部は、太陽集熱器組立体の上及び下に滑らかな表面をもたらすために薄いプラスチック・ストリップ（図示せず）で覆われてもよい。凹部は、組立体の重心を下げるために適切な補剛材及び／又は重りを保持するのに用いられてもよい。

幾つかの実施形態において、太陽集熱器組立体は、断熱スペース３１０、３３０に水平ウェブ５１０、５２０を付加することによって、対流性の流れの損失を克服し又は防ぐ可能性がある。図５は、断熱スペース内にウェブ５１０を有する太陽集熱器の側面図５００を例証する概略図である。ウェブ５１０、５２０は、断熱スペース内及び／又はチャネル３２０内に熱を含有するために付加的な層又は壁を提供する。ウェブ５１０、５２０は、一方又は両方のスペース内にあってもよく、ＯＴＥＣシステムの必要に応じて透明な又は不透明な材料から製作されてもよい。

図６Ａは、リニアレンズを有する区分化された太陽集熱器組立体６００の端面図を例証する概略図である。組立体６００は、壁６１２、６１４、６２０及びレンズから形成された断熱スペースを有するレンズ６１０と、海洋水を貯蔵し、且つ断熱スペース６１５によって取り込まれた熱を受け取るチャネル６２５とを含む。レンズ６１０は、組立体のより平らな壁から普通は反射されるであろう早朝及び／又は夕方前の太陽光を屈折させ且つ集光する。レンズは、幾つかの場合において、太陽エネルギーの熱へのより良好な日常の変換を提供し、とりわけ、組立体の強度及び剛性を改善するために、組立体の構造支持を提供する。

レンズ６１０及び壁６１２、６１４、６２０の幾つかは、すべての太陽スペクトルを透過する材料で製作されてもよく、一方、他のレンズは、５０℃以下に対応する赤外線波長を透過する材料で製作されてもよい。例えば、太陽放射線を、チャネル６２５を通過する水を温める熱に変換するために、壁は、不透明であってもよい。スペース６１５内の空気は、チャネル６２５内の温かい水を断熱する。壁６１２、６１４、６２０にコーティングを適用することで、５０℃以下の赤外線波長を反射することが可能となる。

幾つかの実施形態において、太陽集熱器組立体は、空気よりも低い熱伝導率を有するガスで断熱スペースを満たすことによって対流性流れの損失を克服し又は防ぐ可能性がある。表１は、断熱スペースを満たすのに適したガスの相対的な熱伝導率を示す。

例えば、二酸化炭素とアルゴンは、空気よりもかなり低い熱伝導率を与え、チャネル内の温かい水に対するより高い断熱を提供する。また、二酸化炭素、六フッ化硫黄、又は窒素酸化物のような幾つかの選択されたガスはまた、加熱された水からのＩＲ放射による熱の損失を阻止し又は抑制してもよい。

幾つかの場合において、太陽集熱器組立体は、太陽集熱器組立体を強化する又は剛性を付与するために加圧される断熱スペースを含んでもよい。幾つかの場合において、太陽集熱器組立体は、種々の望ましい圧力の下で断熱スペース内に空気又は他のあまり伝導性でないガスを保持するために、透過性の低い材料又は複合材層若しくは表面処理材から製作されてもよい。

図６Ｂは、太陽集熱器組立体用の加圧されたガスを生産するための装置６５０を例証する概略図である。加圧された酸素が、ポート６５２を通してセラミックチャンバ６５４に送達され、そこで炭素供与体６５６が燃焼されて二酸化炭素が生じる。炭素供与体６５６への熱伝達は、誘導加熱コイル６５８で達成されてもよい。炭素供与体６５６は、海洋屑蓄積物及びパラフィン及びポリエチレンなどの他の物質から選択されたポリマー、又は図示のような円筒形の棒材の形態の炭素を含む、任意の適切な炭素源であってもよい。電極６６２、６６４は、炭素供与棒材６５６を点火するためにプラズマを提供する。二酸化炭素は、ポート６６０によって装置に送達される。炭素供与体棒材６５６を後退させることで、チェックボール弁６６８を回転させ、酸素を遮断して反応を終わらせ、潜在的に二酸化炭素の生産を終えることができる。存在する場合、水蒸気は、温度及び／又は圧力変化のような周囲条件に応じて、ＩＲ遮断ガスとして残ってもよく、若しくは捕えられ又は装置からフィルタで除去されてもよい。

ときには、海洋条件は、ＯＴＥＣプラントへの熱送達を改善する比較的温かい水の流れを使用し又はもたらす機会を提供する場合がある。図７は、水の流れと共に用いられる太陽集熱器を例証する概略図である。太陽集熱器組立体７００は、集熱器の下の水７１５の中に太陽エネルギーを捕えるために、断熱スペース７１０内に断熱ガス（例えば、空気又は二酸化炭素）を保持してもよい薄い透明なポリマーの層を含む。捕えられたエネルギーは、水７１５の蒸発冷却を防ぐ可能性があり、又は、ＯＴＥＣプラントへの補足として加熱された水７１５を提供する可能性がある。こうした組立体、すなわち「太陽集熱艀」７００は、組立体の太陽エネルギー捕捉機能及び断熱機能を最大にするためにウェブ（単数又は複数）７１３を接続することによって離間される薄い透明なグレイジング（単数又は複数）７１１、７１２を含む。層７１２は、太陽エネルギーを水７１５の中に効果的に捕える及び保持するために、５０℃以下での物質からの放射に対応する波長を反射し及び／又は吸収してもよい。組立体は、縁部でのガスにより断熱される壁７２０と、水を伴うフラッドセル（ｆｌｏｏｄ ｃｅｌｌ）７２２との水面下延長部を含んでもよく、又は水中で組立体を安定化させるのに必要とされる場合に付加的な補剛材及び／又は重りを提供してもよい。組立体は、水７１７が艀の内外に移動する際のコリオリの加速度を打ち消す又は提供するために、直線構成又は湾曲構成であってもよい。

幾つかの場合において、艀７００は、垂直な側部７２０への補剛パネルを含んでもよく、若しくは垂直な側部７２０の間の喫水線の上又は下の補剛材トラス支柱及びブレースを含んでもよい。艀は、海流又は流れの中での艀７００の所望の位置及び方位を達成し且つ維持するために、位置スラスタを含んでもよい。

幾つかの場合において、艀７００及び種々の層は、海洋屑から誘導されるリサイクルされた及び／又は再構成されたポリマーを含むポリマー配合物を組み入れる押出しブロー成形された構造体をもたらすために押出すことによって形成される。艀の構成要素は、艀の壁の混合物又は合金を形成するために、海洋に捨てられているポリマー物品を収集し、熱可塑性的に改質し、又は他の方法で化学的に変化させ、及び／又は或る成分を組み入れてもよい。例えば、船又は艀は、こうした材料が世界の海洋の屑蓄積物に加わるのを防ぐために、海洋屑蓄積物から回収された材料を含む供給原料で及び／又は捨てられる又は慣習的に捨てられるポリマー生成物を使用する陸上ベースのプラントで、海洋上を運航してもよい。

太陽エネルギーを補足されるＯＴＥＣシステム
本明細書で説明されるように、システムは、ＯＴＥＣシステムの熱機関の効率を増加させるために、本明細書で説明される種々の太陽集熱器組立体のような補足をＯＴＥＣシステムに加えてもよい。図８Ａは、補足されるＯＴＥＣシステムの上面図８００を例証する概略図である。

システムは、相乗的な蓄熱する渦巻き状に形成された太陽集熱器組立体８２０によって取り囲まれるＯＴＥＣプラント８１０を含む。渦巻き組立体８２０は、渦巻き組立体の上下にわたって延びる高強度の炭素強化ポリマーネット（図示せず）で安定化されてもよい。幾つかの場合において、上のネットから下の層へのまばらに存在する結束線によって付加的な支持及び安定化が提供されてもよい。ネットは、周囲温度の極端な変化を有する用途において電気測定的（ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｒｉｃ）であってもよく、熱収縮及び熱膨張に適応するために各渦巻き長さ及び幅が変化することを許容する。幾つかの場合において、種々の形成されたシームを覆うのに用いられるストリップのようなポリマーの薄いストリップによって付加的な支持及び安定化が提供されてもよい。幾つかの場合において、組立体を締結するために適切な接着剤によって又は溶接によって各々の付加的な渦巻き層に付加的な支持及び安定化が提供されてもよい。幾つかの場合において、周方向のストラップと共に高強度の半径方向のケーブル又はストラップで付加的な支持及び安定化が提供されてもよい。

したがって、結果として得られる渦巻き組立体は、低価格の薄いポリマー壁で形成されているにもかかわらず自己安定化する。幾つかの場合において、組立体は、渦巻きの中心にあるＯＴＥＣプラント８１０に人員が出入りするための、渦巻き集熱器組立体８２０の上を移動するエアクッション付きの乗り物を提供するように構成されてもよい。

作動時には、海洋の表面からの水が入口開口部８２４で渦巻き組立体８２０に入る。水は、組立体を通して流れ、輸送中に渦巻き組立体から熱を受け取る。水は、ＯＴＥＣプラント８１０に結合された出口開口部８２２を介してＯＴＥＣプラント８１０に提供される。もちろん、組立体８２０は、図面に示されたよりも少ない又は多い渦巻きを含んでもよく、部分的に渦巻きにされてもよく、長手方向のものであってもよく、又は必要に応じて多くの他の構成をとってもよい。

この、幾つかの実施形態における、本明細書で説明される補足されるＯＴＥＣシステムは、とりわけ、表面からの利用可能な最高水温と海洋深層からの利用可能な最低温度とを提供するためにかなりの距離から海洋水を汲み上げるのに断熱されたパイプの使用を必要とする従来のＯＴＥＣプラントの材料利用効率を改善する。渦巻き組立体は、幾つかの実施形態において、所望の温度での加熱された水の送達を容易にし、且つ渦巻き組立体の近くの温かい温度の水の収集を容易にする。

すなわち、同体積の材料インベントリに対して、渦巻き薄壁組立体は、遠い距離から揚水するのに用いられる長いパイプよりも高い熱効率を提供する。例となる材料は、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニル（Ｃ₂Ｈ₃Ｆ）_n、ポリフッ化ビニリデン（Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₂）_n、及び世界の海洋に捨てられている材料を含む多くの他の高温のポリマーを含む。幾つかの場合において、組立体８２０は、透明な層に対してはポリフッ化ビニルのような改質物を含む耐ＵＶ性フルオロポリマーを用いて製作され、組立体の部分のソーラーゲインを強化する黒色又は選択的透過層に対してはポリエチレン又はポリプロピレンのようなポリオレフィンを用いて製作される。

図８Ｂは、複数の太陽集熱器組立体を有する補足されるＯＴＥＣシステムの上面図８５０を例証する概略図である。ＯＴＥＣシステムは、艀又は船上のＯＴＥＣプラント８６０と、ＯＴＥＣプラントに加熱された水を提供する２つ又はそれ以上の太陽集熱器組立体８２０とを含む。幾つかの場合において、複数の太陽集熱器組立体８２０の利用は、夜間及び／又は曇天の間にＯＴＥＣプラント８６０に高温の水を供給するために集熱器の「貯蓄部」に太陽エネルギーが貯蔵されることを可能にする。例えば、日中、ＯＴＥＣプラント８６０は、１つ又は複数の集熱器組立体８２０によって加熱される水によって補足され、一方、１つ又は複数の付加的な太陽集熱器組立体は、後で用いるために加熱された水を加熱し及び貯蔵する。幾つかの場合において、集熱器の取水口は、取水口フィルタにごみが詰まるのを防ぐために渦巻きの内側に位置する。

加熱された水を貯蔵する太陽集熱器組立体の中の水は、特段に高い作動効率を実現するために、及び／又は夜間及び／又は曇っている日中に補足されるＯＴＥＣプラント８６０の作動時間を延ばすため最も高温の水を未加熱の海水と混合して４５℃の温水を生じるために、６５℃に加熱されてもよい。太陽集熱器組立体８２０は、時計回り又は反時計回りに巻かれてもよいが、幾つかの場合において、それらは、加熱されている水の入口から出口へのコリオリの加速度を提供するように構成される。

図８Ｃは、複数の太陽集熱器組立体と複数の艀及びＯＴＥＣプラントとを有する補足されるＯＴＥＣシステムの上面図８６５を例証する概略図である。システムは、２つ又はそれ以上の太陽集熱器組立体８２０と、２つ又はそれ以上の艀８６０、８６２、８６４、８６６とを含む。複数の艀は、太陽集熱器組立体からの加熱された水によって補足される１つ又は複数のＯＴＥＣプラントを含んでもよく、且つ、水素発生プラント、炭素発生プラントなどのような他のタイプのエネルギー発生システム及びプラントを含んでもよい。すなわち、システムは、ＯＴＥＣプラントに本明細書で説明されるシステムのような他の発生処理システムを補足するのを容易にしてもよい。

ＯＴＥＣプラントがより高い流れ要件及び／又はより少ない滞留時間を必要とする幾つかの場合において、システムは、ＯＴＥＣプラントから延びる２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の渦巻き組立体を組み入れてもよい。図９は、複数の渦巻き組立体によって補足されるＯＴＥＣプラントの上面図９００を例証する概略図である。ＯＴＥＣプラント９１０は、コネクタ要素９２５によって太陽集熱艀８６０に交換可能に結合された３つの渦巻き組立体９２０から加熱された水の送達を受け取る。本明細書で説明されるように、渦巻き組立体の長さは、電気負荷を平準化するために夜間を使用する或る用途（例えば、夜中の水素と酸素を生産するための水の電気分解を含む作動）のような夜の間に太陽加熱された水の送達を提供する。渦巻き組立体の中での加熱された水の加熱及び貯蔵は、とりわけ、昼夜の熱効率の改善を容易にする。加えて、夜中の電気分解による水素の生産は、とりわけ、夜中の電気販売（ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓａｌｅｓ）を容易にし、これは高価なＯＴＥＣプラントの投資収益率を改善する。

幾つかの実施形態において、加熱された水の表面長さ、幅、及び深さは、海流の自然の勢いを利用しながらＯＴＥＣプラントの熱要件を送達し、且つ非常に低コストの太陽集熱、貯蔵、及びＯＴＥＣプラントへの送達を可能にするように釣り合わせられる。図１０は、太陽集熱艀によって補足されるＯＴＥＣプラントの上面図１０００を例証する概略図である。ＯＴＥＣプラント１０１０の方に動いている比較的温かい水の自然の又は生じさせられた海流が、ＯＴＥＣプラント１０１０の作動を最適化するために、加熱された水を送達し及び／又は貯蔵する２つ又はそれ以上の太陽集熱艀１０２０によって加熱される。幾つかの場合において、適切に加熱された水の深さは、水が艀１０２０を通過するのに伴って増加することになり、及び／又はＯＴＥＣプラント１０１０の中の熱交換器の効率的な作動を最適化するために、必要に応じて、断面比率が変化するであろう。

図１１は、熱機関によって用いられる作動流体を直接加熱するように構成される太陽集熱器組立体の側面図１１００を例証する概略図である。例えば、太陽集熱器組立体は、閉サイクル又は複合サイクルＯＴＥＣプラントの作動のために選択された混合物を含むエタン、プロパン、ブタン、アンモニア、及び／又はハロゲン化炭化水素のような作動流体を直接加熱してもよい。こうした組立体は、バイオ燃料により燃料供給される熱交換器に対する必要性をなくす可能性があり、且つ他の技術よりも作動流体の高い温度の達成を実現する可能性がある。太陽集熱器組立体は、出力タービンにおける蒸気膨張のためのより高い密度及び圧力低下を提供するために作動流体が加圧される、Ｌａｒｓｅｎ−ＭｃＡｌｉｓｔｅｒサイクル、ブレイトンサイクル、エリクソンサイクル、及び／又はランキンサイクルのような熱力学サイクルを使用してもよい。

選択された作動流体は、ターゲット管（単数又は複数）１１１６内で加熱される。レンズ１１０２及び１１０４とウェブ１１０６及び１１０８は太陽放射線を透過する。太陽放射線は、１１０２の見掛け面積（ａｐｐａｒｅｎｔ ａｒｅａ）と１１１６の見掛け面積との比によって望ましい度合いに集中させられてもよい。ウェブ１１０６及び１１０８は、光を管（単数又は複数）１１１６の中に送達するためにライトパイプ及び／又は反射ガイド（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｇｕｉｄｅ）として作用し、これは、選択された作動流体の光学的特性及び化学的特性に応じて不透明又は透明であってもよい。管（単数又は複数）１１１６の支持及び断熱された分離は、図示のようにウェブ１１１０、１１１２及び底部ウェブ１１１４のような不透明なポリマーウェブを採用してもよい。幾つかの場合において、組立体は、管（単数又は複数）１１１６内の流体に送達される熱を捕え、且つ管（単数又は複数）１１１６からの対流性損失、伝導性損失、及び／又は放射性損失を最小にするために、チャネル１１２０、１１２２、１１２４、及び１１２６内に二酸化炭素、アルゴン、窒素酸化物、又は六フッ化硫黄のような断熱される長波赤外線遮断ガス（ｌｏｎｇ−ＩＲ−ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｇａｓ）を含む。チャネル１１１８、１１２０、１１２２、及び１１２４は、所望の潜水に必要とされる体積／圧力を有する及び／又は組立体の浮力又は剛性を調整するように設計される。

図１２は、太陽集熱器組立体によって補足される陸上ベースのＯＴＥＣプラントの上面図１２００を例証する概略図である。陸１２１０上のＯＴＥＣプラント１２１２は、海１２２０での渦巻き集熱器組立体１２２４及びリニア太陽集熱器１２２２、並びに陸上ベースの太陽集熱器１２１４を含む、種々の異なるタイプの太陽集熱器組立体によって補足される。

例えば、ＯＴＥＣプラント１２１２は、ＯＴＥＣプラント１２１２から電気の１０ＭＷの正味出力を提供するのに十分なだけの収集された太陽熱エネルギーの送達のために、直径約１．５ミルの渦巻き集熱器組立体１２２４によって供給されてもよい。ＯＴＥＣプラント１２１２はまた、スターリングサイクル、エリクソンサイクル、及び／又はブレイトンサイクルのような熱機関サイクルに基づく再生的なシステムでの膨張のために水素作動流体を約８００℃に加熱するのに点焦点型であってもよい太陽集光器１２１４によって供給される。再生的なエネルギー変換システムによって仕事及び／又は電気に変換されない熱は、ＯＴＥＣ効率を改善するために温かい流入する海洋水に用いられてもよく、又は総合エネルギー変換効率を最大にするために導管１２２２によって送達される冷たい海洋水に排出される。

幾つかの場合において、システムは、継続的な太陽加熱及び加熱された水の断熱のための導管として太陽集熱器組立体１２２４の延長部を使用してもよい。幾つかの場合において、システムは、太陽集熱器組立体のうちの１つ又は複数からの加熱された海洋水を使用し、一方、１つ又は複数の付加的な太陽集熱器組立体は、夜間に用いるために太陽で温められた水を加熱し及び貯蔵する。

ＳＯＴＥＣと他の発電システムとの統合
本明細書で説明されるように、幾つかの実施形態において、ＯＴＥＣプラントは、水素発生システム、メタン発生システムなどのような他の発電システムと統合される。すなわち、ＯＴＥＣプラントを資源を生み出すのに用いられるリサイクル可能なシステムに付加することで、とりわけ、資源及び栄養分の経済開発の増加が容易になる可能性がある。

図１３は、地層からの熱によって補足されるＯＴＥＣプラントを例証する概略図１３００である。例えば、ＯＴＥＣプラント１３０４は、水が表面で冷たすぎる又は電気の十分な発電をサポートするのにその深さで温かすぎる場所にある。ＯＴＥＣプラント１３０４は、太陽集熱器組立体１３０３からの熱によって及び／又は電解槽１３０６又は熱機関１３０７からの熱によって補足される。電解槽１３０６及び／又は熱機関１３０７は、オンサイトで及び／又はパイプラインによりアクセスされる適切な地層１３１４中の水素の地下貯蔵を使用してもよく、これは燃料電池を再生的なモードで用いて十分な発電標準を満たすのに感知できるほどの量の化石炭化水素を保持している場合もあるし保持していない場合もある。

パイプ１３１０のサイズは、生産される水素の貯蔵のために十分なものであるべきである。例えば、低いソーラーゲインの時間中又は夜間に、システムは、貯蔵パイプ１３１０からの及び／又は地下貯蔵貯留層１３１４からの水素を使用することによって熱機関１３０７及び／又は可逆電解槽燃料電池（単数又は複数）１３０６に動力を与えるための電気需要を満たすことができる。電気及び／又は水素の市場により近い大陸の場所の枯渇した石油形成物及び／又は岩塩空洞又は鍾乳洞のような他の適切な形成物の中にパイプライン１３２０を通して及び又は管１３０２及び／又は水平延長管１３１２を通して水素を送達することによって水素の付加的な貯蔵が提供される。

北アメリカ及び他の大陸は、適度に多孔質であって水素を安全且つ効率よく貯蔵するのに十分な深さでシールされる地層を有する。こうした形成物は、それらの地質発達時に有機物質が堆積された場所に数百万年にわたって貯蔵されたメタンを有する。こうした地層はまた、数百万年にわたる大陸移動により誘発された高温のかんらん石と石灰岩との衝突によって生じた水素を貯蔵している。

加えて、海底石油及び天然ガス形成層は、ＯＴＥＣプラントからの電気によって生産された水素の長期貯蔵のための地質環境であることが同様に証明される。図１３に戻って参照すると、ＯＴＥＣプラント１３０４から土地市場への水素の送達は、バルブヘッド１３２２を通じてパイプライン１３２４に、したがってバルブ１３３８に接続して地下貯蔵１３２６への井の頭部及びパイプに供給する、パイプライン１３２０によって容易にされる。

幾つかの場合、熱機関１３０７は、電気及び付加的な熱をＯＴＥＣプラント１３０４に迅速に提供してプラントの出力を改善できる急速始動エンジンである。ＯＴＥＣプラントは、メタンハイドレートのような炭化水素を水素と炭素に解離するために太陽エネルギーのような補足されるエネルギーを利用してもよい。水素は、シャフト仕事及び／又は電気を提供するために熱機関１３０７及び／又は燃料電池１３０６で用いることができる。炭素は、風、波、水力、及び／又は太陽を利用する機器を含む耐久性のある物品を製造するために用いることができる。炭化水素の解離及び他の同様のプロセスに関するさらなる詳細は、上記で参照され組み込まれる関連する同時係属出願で見出される場合がある。

表面水と深層水との間の十分な温度差を提供しない水中で作動するＯＴＥＣシステムの能力は、クラスレート堆積物からメタンを生じるためにＯＴＥＣプラントの利用を容易にする。クラスレート堆積物からのメタンの生産に関する詳細は、上記で参照され組み込まれる関連する同時係属出願で見出される場合がある。

図１３を参照すると、クラスレート及び他の海洋資源から回収されたメタンは、パイプ１３１０の中に送達され、電解槽１３０６を用いる水素の電解生産によって加圧される。炭素と水素を生じるクラスレートからの炭化水素化合物又はポリマー又はメタンの熱化学解離、及び／又は加圧された水素を生じる水の電気分解は、水素を加圧するのに機械式ポンプを作動させるよりもかなり効率が良い。また、閉じ込められた空間内でメタンに加圧された水素を加えることは、水素添加開始時のメタンよりも大きい圧力にある混合物を生じる。したがって、水素とメタンの混合物は、とりわけ、システム全体の経済性を改善し、及び市況に応じるのに必要な場合に、パイプ１３２０によって描かれる土地市場に送達され又は地層１３１４及び／又は１３２６の中に貯蔵される。

地層１３２６のような貯留層の中の使い尽された石油及び天然ガスの中の水素及び／又は水素とメタンの混合物の貯蔵は、とりわけ、化石炭化水素の回収の増加を容易にする。水素の貯蔵は、化石炭化水素形成物の透過性を改善する。水素の貯蔵は、酸素の指示に従う添加、及びタールサンド、頁岩、並びに使い尽された石油及び天然ガス形成物からの化石炭化水素の生産のためといった熱を必要とする場所での水素の燃焼によって必要とされる熱を提供するのを容易にする。

したがって、ＯＴＥＣプラント１３０４又は他の再生可能エネルギー変換作動からの電気は、電解槽１３３０による酸素と水素の生産に利用される。パイプライン１３３２は、水素を、必要とされる場合に天然ガス及びメタンを富化し及び加圧するためにパイプライン１３２４に、及び／又は図示のように地層１３２６の中での貯蔵のために送達する。電解槽１３３０によって生産され加圧された酸素は、医療及び他の商業市場に送られ、及び導管１３３４を通して送達され、水素を燃焼させて、図示のように貯留層１３２６からの生産の増加のために炭化水素を加熱する。

幾つかの実施形態において、補足されるＯＴＥＣプラントのようなＯＴＥＣプラントによって生じる電気は、電解槽で水素と酸素を生産するために用いられる。太陽集熱器によって提供される集中された太陽エネルギーのような補足的なエネルギーの追加は、電解槽の中での電気分解に必要な電気エネルギーを減少させる。例えば、約１８グラム（１グラムモル）の水は、２３７．１３ｋＪである生成物の自由エネルギーΔＧに等しい電気仕事によって分解される。このプロセスは、吸熱であり、生産される水素と酸素を標準温度及び圧力に膨張する際になされる仕事である４８．７ｋＪ／ｍｏｌの（ＴΔＳ）に等しい付加的なエネルギーを消費する。
ΔＨ＝ΔＧ＋ＴΔＳ 式１
（２８５．８３ｋＪ／ｍｏｌ＝２３７．１３ｋＪ／ｍｏｌ＋４８．７ｋＪ／ｍｏｌ）

解離プロセスは吸熱であるため、太陽エネルギー及び／又は他のプロセスからの廃熱を用いることが有利である。付加的な熱は、電気仕事として提供されなければならないギブスの自由エネルギー（ΔＧ）の量を減少させるので、電気分解温度を高める。したがって、印加される電圧の合計は、室温で水を解離するのに要求されるよりも少ない。

吸熱エネルギーが廃熱源又は環境から来ると仮定すると、水を解離するための最小印加電圧は、以下の通りである。
ΔＧ＝−ｎＦＥ⁰ 式２

この最小電圧要件（Ｅ⁰）は自由エネルギー（ΔＧ）の変化に依存するので、Ｅ⁰は、ΔＧ／（交換される電子の数（ｎ）×ファラデー定数（Ｆ＝９．６４８×１０⁴）又は（ｎＦ）に等しい。電気分解温度が２５℃の標準温度よりも上に増加するのに伴って、電気分解温度が断熱化学量論的燃焼反応によって生じるであろう温度に近づくので、自由エネルギーはゼロに近づく。

幾つかの場合、電気分解圧力の増加は、加圧された水素及び酸素貯蔵を所望の密度で生じる。圧力の増加は、電気分解のためのより高い電圧を必要とする。式３は、圧力要件と電圧要件との関係性を例証する。電気分解電圧（Ｅｐ）は、Ｅ⁰に圧力上昇に関するネルンスト調整（Ｎｅｒｎｓｔ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）を加えることによって見出すことができる。
Ｅｐ＝Ｅ⁰＋ＲＴ／ｎＦ ｌｎ Ｐ_H2（Ｐ_O2）／Ｐ_H2O 式３

水素と酸素が同じ圧力で生じ、且つ給水が同じ圧力で液体であると仮定すると、式３は、以下のように簡略化される。
Ｅｐ＝Ｅ⁰＋３ＲＴ／４Ｆ（ｌｎ Ｐ_i／Ｐ_atm） 式４

１０，０００ＰＳＩの水から１０，０００ＰＳＩの酸素と水素を生じるための電圧の増加は、３ＲＴ／４Ｆ ｌｎ Ｐ_i／Ｐ_atm＝３ＲＴ／４Ｆ ｌｎ ６８０．３＝３（８．３１４４Ｊ／ｍｏｌＫ）２９８Ｋ（６．５２２）／４（９．６４８×１０⁴）＝０．１２５Ｖである。

水を蒸発させるために熱を加えることは、水を解離するのに必要とされる電圧を下げる。
ΔＧ⁰ _T＝ΔＨ⁰ _T(298K)−ＴΔＳ⁰ _298K 式５

したがって、解離に必要な電圧は、ＴΔＳ⁰ _298Kが２８５．８３ｋＪ／ｍｏｌであるΔＨ⁰ _T(298K)に近づくのに伴ってゼロに近づく。標準温度（ΔＳ⁰ _298K）でのエントロピーの変化は０．１６３４ｋＪ／ｍｏｌであり、したがって以下のとおりである。
２８５．８３ｋＪ／ｍｏｌ／０．１６３４ｋＪ／ｍｏｌ＝１，７４９Ｋ又は１，４７６℃（２，６８９°Ｆ） 式６

図１４は、地熱エネルギーによって補足されるＯＴＥＣシステムを例証する概略図である。幾つかの実施形態において、ＯＴＥＣシステムは、海洋底の付近の冷たい水及び／又はメタン氷形成物のヒートシンクと併せて海洋底の下の地層からの地熱エネルギーを使用する。例えば、ＯＴＥＣプラントは、新しいサイクルの新しい又は比較的枯渇した石油又はガス井を含む井を使用してもよい。海洋底の下の石油生成地層の温度は、海洋表面の温度を一般に上回る。こうした地層によって、表１、参照され上記に組み込まれる同時係属出願に列挙されるような作動流体に提供される、又はこうした地層から抽出される流体によって提供される熱の使用のための典型的なサイクルのポテンシャル効率限界が、式７に要約される。
効率限界＝１−ＴＬ／ＴＨ 式７

膨張して仕事を生じるために作動流体によって達成される最も高い温度が１００℃（２１２°Ｆ）であり、且つ仕事生産の終了時の排熱温度が、６℃（４２．８°Ｆ）のようなガス水和物の一般的な温度であるときの効率の限界が式８に示される。
効率限界＝１−２７９°Ｋ／３７３°Ｋ＝２５％ 式８

図１４は、地熱形成物１４０２から、適切な垂直井１４０４から、又は水平延長部１４０６からの天然ガス及び／又は石油のような石油生産と併せて地熱資源を用いるＯＴＥＣシステム１４００の作動を例証する。石油は、図示のように形成物１４０２の圧力によって及び／又は適切なポンプ１４０８の支援によって断熱システム１４１０を通した送達を提供するために、海洋底の付近のような適切な場所１４１２で選択された作動流体に熱交換を提供した後で表面に送達される。熱は、電気生産のための一体の発電機を駆動するタービン１４１６又は１４２０のような適切なモータを伴う回路の中の適切な作動流体を気化させる及び／又は過熱するために向流熱交換器１４１４のような適切な熱交換器によって伝達される。作動流体の膨張及び仕事生産からの蒸気は、システムが参照によりその全体が本明細書に組み入れられる参照され上記に組み込まれる関連する同時係属出願で説明されるように収集システムと共にさらに提供されるときに、熱交換器１４１８によって低温の周囲温度の海水及び／又はクラスレート形成物に凝縮される。凝縮された作動流体は、図示のように熱交換器１４１４によって加熱され、再び気化される。石油は、パイプライン伝送（図示せず）、タンカー１４２６によるタンカー送達などを容易にするために、浮いている又は係留されているプラットフォーム１４２２のような種々の配置によって送達装置１４２４を通して表面に送達される。

図１５は、ＯＴＥＣシステム１５００と他のエネルギー発生システムとの統合を例証する概略図である。システム１５００は、海洋底の下で見られる場合があるような地層１５０１から海洋の表面に高温流体を輸送する。表面で又はその付近で、太陽、風、流水、熱機関、熱化学リジェネレータ、又は燃料電池源からのエネルギー変換効率を改善する、及び／又はピックアップ１５１０を通る流れによって提供される海洋水からの蒸発物又は向流熱交換器１５０８、１５３０、１５２０によるアンモニア（図示せず）のような別の作動流体を加熱する、及び図示のようにコンデンサ１５３６での海洋底の低温温度付近にこうした作動流体を膨張させて液体水１５３８として示される作動流体を凝縮するために、さらなる熱の追加が提供されてもよい。

加熱された蒸気の圧力及びその熱エネルギーのほとんどが、１つ又は複数の膨張タービン１５３０、１５２８、及び１５３２のような回転羽根、及びタービン１５３４のようなモータに対して仕事を達成することによって費やされ、海洋水によってさらに冷却された後で、低温の海洋底の温度と釣り合った蒸気圧で凝縮された純水１５３８が、船による送達のために表面へ輸送するのにポンプ１５５０によってパイプライン１５５２に送達され、又は図示のようにパイプライン１５５２によって陸に送達される。海洋条件に応じて、幾つかの場合において、コンデンサ１５４６は、膨張タービン１５４４の付近の海洋表面に近い方に配置されてもよく、冷水は、低温の深層から揚水されて、タービン１５４４を通過して下方に移動する蒸気の冷却を提供する。

作動中に、水平集熱器１５０２を含んでもよい適切な井からの高温流体（石油、天然ガスなどのような）は、地層の圧力によって及び／又は図示のようにポンプ１５０３によって提供される付加的な圧力によって上方に、図示のように断熱された導管組立体１５０４を通して、断熱された熱交換井１５０６の中の適切な熱交換器１５０８に通される。石油は、次いで、市場に発送するためにエネルギー艀１５３６のような適切なプラットフォーム上の容器１５１６に貯蔵され、又は式９の種々の炭化水素（ＣｘＨｙ）に対して一般に要約されるように解離による水素と共に耐久性のある物品の生産のためのより価値ある炭素を提供するために幾らかの又はすべての石油が使用されてもよい。
ＣｘＨｙ＋熱→ｘＣ＋０．５ｙＨ₂ 式９

エネルギー艀１５３６又は別の適切なプラットフォームは、集光器１５２６、１つ又は複数の波発電機１５２４、及び／又は１つ又は複数の風力発電機１５５６のような１つ又は複数の太陽エネルギー変換システムをホストしてもよい。

式９における熱は、適切な放射トラップ及び／又は点焦点集光器１５２８又は適切な線焦点システムによって提供される場合があるような風、波、海流、又は太陽エネルギーからの運動エネルギーを利用することによって提供されてもよい。幾つかの場合において、式９に示される熱の一部又はすべてを供給する抵抗加熱及び／又は誘導加熱システムを駆動して式９に示される吸熱プロセスを駆動するために、太陽、風、流水、及び／又は地熱エネルギーを変換する電気発電機が使用されてもよい。

反応器１５２６内で生産される水素及び炭素の高温のインベントリは、適切なフィルタ及びポンプ組立体１５１０によって送達される水蒸気の付加的な加熱を提供するのに十分な温度勾配が存在するときに、本明細書で説明される向流熱交換システムによって反応器１５２６に送達される炭化水素の予熱を提供するのに使用される。熱の送達後に、水素は、適切なタンク１５３２に貯蔵されてもよく、耐久性のある物品を製造するための炭素は、タンク１５３２に貯蔵されてもよい。

幾つかの実施形態において、光合成する植物は、本明細書で説明される作動と併せて成長させられ、こうした植物収穫物は、嫌気的に処理され、熱解離又は微生物消化を提供して、メタン、二酸化炭素及び／又は一酸化炭素を生じる。反応器１５１８によって生産される水素は、メタノールのようなエネルギーの濃厚な液体として貯蔵されてもよい。式１０及び／又は１１は、１つ又は複数の適切なソースからの二酸化炭素が水素と反応して１つ又は複数の濃厚な、容易に貯蔵される、且つ便利に輸送される液体を生じるプロセスを要約する。
３Ｈ₂＋ＣＯ₂→ＣＨ₃ＯＨ⁺Ｈ₂Ｏ 式１０
２Ｈ₂＋ＣＯ→ＣＨ₃ＯＨ 式１１

図１６は、ＯＴＥＣシステムとメタン放出機構を統合するためのシステム１６００を例証する概略図である。多くの場所で、本明細書で説明されるＯＴＥＣシステム及び他の発電システムは、地震、海流の変化、海洋温暖化、陸の侵食及び／又はクラスレート堆積物からメタン及び他の温室効果ガスを放出する他の乱れを有する領域に位置してもよい。

システムは、導管１６４０を通して温められた流体を循環させることによる堆積物の加熱に応答して堆積物１６４４から放出される又はタービン・ケーシング１６４２の中の熱交換器１６３０のような発生源から導管１６４０によって送達される、放出されたメタン、二酸化炭素、水、及び他の物質を収容し及び送達するために、こうしたクラスレートの広大な領域の上に確立されたポリエチレンのような不透過性フィルム１６３８を含む。代替的に、パイプ又は導管１６３６は、水で運ばれる有機及びミネラル価値を、クラスレート堆積物を含む海洋深層から魚、エビ、牡蠣養殖場なの供給システムに分配する水路になる。

海洋の深層からの及び／又はフィルム１６３８の下のクラスレートから放出される氷及び液体水からの適度に冷たい水は、ポンプ１６３７によって熱交換器１６３０に送達される。向流熱交換器１６３０のような適切な熱交換器によって加熱された後で、温められた水は、ＯＴＥＣプロセスのようなプラットフォーム１６０３上の種々のエネルギー変換プロセスの作動流体からの付加的な熱交換によってさらに加熱され又は戻し導管１６３２を通してフィルム１６３８の下のメタンハイドレート形成物に所望の速度で戻されて、太陽、風、又は流水により駆動されるエネルギー変換プロセスのために表面プラットフォーム１６０３に送達される付加的なメタンを制御可能に放出し、このプロセスはこうしたメタンから炭素と水素を生じる熱化学再生をサポートする。付加的な水素は、多くの場合、図示のように深層の地熱の顕著な形成物１６６２からの井１６６０によって生産される天然ガス及び／又は石油の類似の解離によって生産されてもよい。

吸込み部１６１６は、海洋水を太陽集熱器１６０２に供給する。太陽集熱器１６０２からのヒートゲインによって生じる水蒸気と、適切な線焦点又は点焦点太陽集光器１６１０によって、及び例えばプラットフォーム１６０６上に設置された風力発電機１６０８から、及び／又は波発電機１６１２、１６５０のように流水を利用することによって行われる場合にメタン又は石油の太陽解離から排出される付加的な熱の寄与は、例えば、メタン及び／又は石油を誘導加熱して水素及び炭素を生産するためのライン１６０４を通して電気を提供する。波発電機１６１２、１６５０は、ベースケーブルにアンカー１６５２に対する張力をかけるための浮力を提供する管発電機組立体を含む。再生可能資源工業パークを含む種々の市場への分配のためにタンク及び倉庫１６１４の中に収集される超活性炭を含む種々のタイプのデザイナーカーボン形成物が生産される。

システム１６００は、カリウム、リン、鉄、及び種々の他のミネラル回復選択物の添加と共にアンモニア又は硫酸アンモニウムを含む種々の肥料を生産してもよい。式９の場合のように開示されたプロセスによって生産される水素は、参照され上記に組み込まれる同時係属出願で説明されたような種々のプロセスによって大気から収集される窒素と反応する場合がある。熱機関における過剰な水素燃焼は、酸素を無くし、水を生じ、これは分離されて、水素と窒素の反応を提供してアンモニアを生じる。式１２は、アンモニア生産のこうしたプロセスを要約する。
３Ｈ₂＋Ｎ₂→２ＮＨ₃ 式１２

システムはまた、種々の生産された物質を、養魚場及び農場に、及び孵化場１６６４−１６７１のような有機物を成長させる他のエンティティと共に野生の魚及び他の所望の海洋生物を引き寄せるために提供してもよい。メタンハイドレートのようなクラスレートは、温められて、有機物質及び微量ミネラルを含む栄養素を放出する。こうしたミネラル及び有機価値は、カキ、エビ、種々の魚の選択などに栄養を与えるためにパイプ１６４０によって示されるような適切なパイプから適切な分配導管によって送達される。

したがって、システムは、種々のエネルギー源と発電システムとの間のエネルギー交換機構として、作動流体のようなＯＴＥＣシステムの種々の構成要素を使用してもよい。補足されるＯＴＥＣシステムの統合は、種々のエネルギー源がＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させることを可能にし、次にＯＴＥＣシステムが種々の発電システムの生産効率を増加させることを可能にする。

結言
地方市場及び遠方市場で働く再生可能な燃料及び電気への再生可能エネルギー資源の変換を提供するシステムが説明される。

システムの具体的な実施形態及び例が例証する目的で上記で説明されるが、当該技術分野の当業者が理解することになるようにシステムの範囲内で種々の等価な修正が可能である。例えば、プロセス又はステップは所与の順序で提示されるが、代替的な実施形態は、異なる順序のステップを有するルーチンを行ってもよく、幾つかのプロセス又はステップは、代替又はサブコンビネーションを提供するために削除され、移動され、追加され、さらに分割され、組み合わされ、及び／又は修正されてもよい。これらのプロセス又はステップの各々は、種々の異なる方法で実装されてもよい。また、プロセス又はステップは、その時点では直列に行われるものとして示されるが、これらのプロセス又はステップは、代わりに並列に、又は異なる時点で行われてもよい。

上記のことから、システムの具体的な実施形態は、例証する目的で本明細書で説明されているが、システムの精神及び範囲から逸脱することなく種々の修正がなされてもよいことが理解されるであろう。したがって、システムは、付属の請求項以外によって制限されない。

Claims (29)

1. 海洋に位置する資源の持続可能な経済開発のためのシステムであって、
   海洋温度差発電システムであり、
   電気を生産するように構成される熱機関であり、気化器、タービン、作動流体、及びコンデンサを含む熱機関と、
   前記熱機関の作動効率を増加させる補足を受け取るように構成される補足受取構成要素と、
   を含む海洋温度差発電システムと、
   資源発生システムであり、
   供給原料から前記資源発生システムに提供される資源と前記海洋温度差発電システムの前記熱機関によって生産される電気を生産するように構成される資源構成要素と、
   前記海洋温度差発電システムの前記補足受取構成要素によって前記補足が受け取られる際に生じた資源の一部を提供するように構成される措置構成要素と、
   を含む資源発生システムと、
   を備えるシステム。
2. 前記生じた資源が熱であり、前記熱が前記気化器に提供される海洋水の温度を増加させて、前記気化器内の前記作動流体を気化させる、請求項１に記載のシステム。
3. 海洋ベースの資源の持続可能な経済開発のための方法であって、
   海洋温度差発電システムに関連する熱機関で資源発生システムからの熱を受け取るステップと、
   受け取った前記熱を用いて前記海洋温度差発電システムに関連する前記熱機関を作動させるステップであり、電気を発生させる、前記海洋温度差発電システムに関連する前記熱機関を作動させるステップと、
   発生された前記電気の一部を前記資源発生システムに提供するステップと、
   提供された前記電気を用いて前記資源発生システムを作動させるステップと、
   を含む方法。
4. 受け取られた前記熱が前記資源発生システムの作動中に生じた余剰の熱である、請求項３に記載の方法。
5. 海洋温度差発電システムであって、
   海洋から水を受け入れ、受け入れた前記水を用いて作動流体を気化させるように構成される気化器と、
   海洋の表面領域よりも低い海洋の領域から水を受け入れ、気化された前記作動流体を凝縮するように構成されるコンデンサと、
   前記気化器及び前記コンデンサに結合され、前記作動流体を前記気化器に提供し且つ前記コンデンサから前記作動流体を受け入れるように構成される、作動流体通路と、
   前記気化器に結合され、気化された前記作動流体を用いて電気を発生させるように構成される、タービンと、
   前記気化器に結合され、海洋の表面領域の水の温度よりも高い温度で前記気化器に水を提供するように構成される、太陽集熱器と、
   を備えるシステム。
6. 前記太陽集熱器が、
   太陽エネルギーを捕えるように構成されるウェブ組立体と、
   前記太陽ウェブ組立体内のチャネルであり、
   海洋の表面領域から水を受け入れ、
   海洋の表面領域から受け入れた前記水を温め、
   受け入れた前記水を前記気化器に輸送する、
   ように構成される、前記太陽ウェブ組立体内のチャネルと、
   を備える、請求項５に記載のシステム。
7. 前記太陽集熱器が、
   海洋の表面領域から受け入れた前記水を保持するように構成されるチャネルと、
   前記チャネルを少なくとも部分的に取り囲み、且つ前記チャネルによって保持される前記水の温度を上げるために太陽エネルギーを取り込むように構成される、断熱された空気スペースと、
   を備える、請求項５に記載のシステム。
8. 前記太陽集熱器が、渦巻き状に形成される太陽集熱器である、請求項５に記載のシステム。
9. 海洋温度差発電システムであって、
   熱機関であり、海洋水を用いて電気を発生させるように構成される、熱機関と、
   太陽集熱器であり、前記熱機関の気化器によって受け入れられる海洋水の温度を上げるように構成される、太陽集熱器と、
   を備えるシステム。
10. 前記太陽集熱器が、前記太陽集熱器を取り囲む海洋水の温度よりも高い温度で前記熱機関の前記気化器に海洋水を提供するように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記熱機関が、前記熱機関の前記気化器によって受け入れられた前記海洋水を用いて前記熱機関内の作動流体を加熱するように構成される、請求項９に記載のシステム。
12. 海洋温度差発電システムの作動効率を増加させるための方法であって、
    海洋からの水を太陽集熱器の中に受け入れるステップと、
    受け入れた前記水を前記太陽集熱器の中で温めるステップと、
    温められた前記水を前記海洋温度差発電システムに提供するステップと、
    を含む方法。
13. 受け入れた前記水を前記太陽集熱器の中で温める前記ステップが、海洋から受け入れた前記水を収容するチャネルを取り囲むエアポケットを用いて太陽エネルギーを取り込むことを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 受け入れた前記水を前記太陽集熱器の中で温める前記ステップが、海洋から受け入れた前記水を収容するチャネルを取り囲むレンズを用いて太陽エネルギーを取り込むことを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記海洋温度差発電システムに前記水を提供する前記ステップが、前記太陽熱エネルギー変換システムの気化器に温められた前記水を提供することを含み、前記気化器がタービンを作動させるために提供された前記水を用いて作動流体を加熱する、請求項１２に記載の方法。
16. 前記海洋からの水を太陽集熱器の中に受け入れるステップが、海洋からの水を渦巻き状の太陽集熱器組立体の中に受け入れることを含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記海洋温度差発電システムを取り囲む海洋ごみから導出されるポリマーを用いて太陽集熱器を製造するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
18. ＯＴＥＣシステムの作動効率を増加させるための方法であって、
    集熱するステップと、
    収集された前記熱を用いて前記ＯＴＥＣシステムの気化器に投入される水の温度を増加させるステップと、
    を含む方法。
19. 前記集熱ステップが、太陽集熱器を用いて太陽エネルギーを収集することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記集熱ステップが、水を水素と酸素に変換する電解槽からの熱を収集することを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記集熱ステップが、太陽集熱器を用いて太陽エネルギーを取り込むことを含み、前記方法が、前記ＯＴＥＣシステムの前記気化器に前記水を投入する前に前記太陽集熱器内の前記水を温めることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
22. 太陽集熱器組立体であって、
    前記太陽集熱器組立体の中に海洋水を受け入れ、且つ受け入れた前記海洋水を前記太陽集熱器組立体内に保持するように構成される、チャネルと、
    前記チャネルを取り囲み、受け入れた前記海洋水を加熱するように構成される、太陽エネルギートラッピング部と、
    加熱された前記海洋水を海洋温度差発電システムに輸送するように構成される継手部と、
    を備える太陽集熱器組立体。
23. 前記太陽エネルギートラッピング部が、太陽エネルギーを取り込むように構成されるエアポケットを含む、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
24. 前記太陽エネルギートラッピング部が、太陽エネルギーを取り込むように構成されるレンズを含む、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
25. 前記太陽エネルギートラッピング部が、薄膜ポリマーで形成される、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
26. 前記太陽エネルギートラッピング部が、断熱された空気スペースのウェブである、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
27. 前記太陽エネルギートラッピング部が、空気の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するガスを収容する断熱されたスペースのウェブである、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
28. 前記太陽エネルギートラッピング部が、海洋ごみから導出されるポリマーで形成される、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。
29. 前記加熱された海洋水を海洋温度差発電システムに輸送するように構成される前記継手部が、加熱された前記海洋水を前記海洋温度差発電システムの気化器に輸送するように構成される、請求項２２に記載の太陽集熱器組立体。

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